Georg Nagel, biofysikern som fick ett algprotein att öppnas av ljus i ett grodägg

När samtalet från Stockholm nådde Georg Nagel satt han på en terrass bland kullarna mellan Neapel och Rom, med olivträd nedanför och ett citronträd intill sig. Han trodde inte på det. Några vänner brukade hålla koll på Nobelbeskeden varje höst, och han sa alltid åt dem att ta det lugnt. Såvitt han visste hade en enda patient haft nytta av optogenetik, tekniken som hans experiment gjorde möjlig. Malariamediciner och immunterapi mot cancer hade hjälpt oräkneliga människor. En strömbrytare för hjärnceller, tänkte han, var fortfarande för ny för ett medicinpris.

Nobelförsamlingen höll inte med. Nagel, biofysiker vid Universität Würzburg, delar Nobelpriset i fysiologi eller medicin med Peter Hegemann och Karl Deisseroth för upptäckter om ljusstyrda jonkanaler och optogenetik. Hans del av berättelsen handlar om beviset. Hegemann hade länge hävdat att ett protein i ögonfläcken hos grönalgen Chlamydomonas både fångade upp ljus och öppnade en por för laddade partiklar, ett påstående som många kollegor betvivlade. Nagel, vid Max Planck-institutet för biofysik i Frankfurt, förde in kandidatgenerna i grodägg och mätte vad som hände när ljuset tändes. Till en början gick det trögt. Sedan gav, som han berättar det, en omgång felberedda lösningar med lågt pH en tydlig signal, och han kunde lista ut vad han såg. Det var en passande slump: det första av de två proteinerna visade sig vara en kanal för protoner.

Uthålligheten hade sina rötter längre tillbaka. Nagel föddes den 24 augusti 1953 i Weingarten i Oberschwaben, som äldst av fem syskon, och var svårt sjuk redan från fem års ålder. Medan hans syskon åkte skidor i närbelägna Österrike byggde han en ångmaskin och radioapparater av de vetenskapsbyggsatser han fick av sina föräldrar varje jul, och tillbringade många sommarlov med operationer på universitetssjukhuset i Würzburg, staden där han senare skulle undervisa i två decennier. Han studerade biologi och biofysik vid Universität Konstanz, där Ernst Bamberg, hans första föreläsare i biofysik, blev hans mentor och där han som student var med och grundade ett kafé. Efter sin examen undervisade han på en privat gymnasieskola i Schweiz. En ny operation i Würzburg fick till slut bukt med inflammationen i hans ben; han började med hängflygning och fortsatte undervisa tills Bamberg bjöd in honom till Frankfurt. Han tackade ja och disputerade vid Goethe-Universität 1988, efter forskning vid Max Planck-institutet.

Därefter följde fem år som postdoktor i USA, vid Yale och Rockefeller University. I New York träffade han Anna Maria Musti, en molekylärbiolog från Neapel som var gästprofessor vid Columbia; hon hjälpte honom att bredda sitt biofysikaliska perspektiv på vetenskapen. De gifte sig i Danmark 1996 och har en dotter. Tillbaka i Frankfurt, som forskargruppsledare vid Max Planck-institutet, visade Nagel och Bamberg 1995 att bakteriorodopsin, en ljusdriven pump från en mikroorganism, fungerade när det uttrycktes i grodägg och därmed gjorde djurceller ljuskänsliga. Grodägget blev testbänk för allt som följde.

År 2002 beskrev Nagel, Hegemann, Bamberg och deras kollegor kanalrodopsin-1 i tidskriften Science som en ljusstyrd protonkanal; Musti är en av medförfattarna. År 2003 visade Nagels grupp i Proceedings of the National Academy of Sciences att kanalrodopsin-2 öppnades direkt av ljus och släppte igenom positiva joner, och att det fungerade i mänskliga njurceller, som depolariserades i blått ljus. Deisseroth skrev till Nagel och bad om genen, och hans grupp vid Stanford använde den 2005 för att få odlade nervceller att avfyras på kommando, i en artikel där Nagel och Bamberg stod som medförfattare. Samma år publicerade Nagel, tillsammans med Alexander Gottschalk, en av de första användningarna av kanalrodopsin för att styra beteendet hos ett intakt djur: rundmasken Caenorhabditis elegans. De använde en mutant som Nagel hade konstruerat för att förstärka strömmen.

År 2004 flyttade han till Würzburg som professor i molekylär växtfysiologi vid Julius von Sachs-institutet, en oväntad bas för två decennier av arbete med att bredda ett verktyg för neurovetenskap. Tillsammans med Shiqiang Gao utvecklade hans grupp ljusstyrda enzymer för signalmolekylerna cAMP och cGMP, däribland CyclOp, som beskrevs 2015. Han riktade också metoden tillbaka mot växter, som behöver ljus för att leva och saknar det retinal som rodopsiner kräver. I en studie i Nature Plants 2021 använde Nagel, som seniorförfattare, en ljusstyrd kanal från en alg för att kontrollera tobaksplantors tillväxt. År 2019 flyttade han till fysiologiska institutet, där han från 2021 fortsatte som seniorprofessor.

Priset drar också en gräns genom ett rum där många trängs. Nobelreglerna tillåter högst tre pristagare, och listan utelämnar Bamberg, Nagels mentor, som senare blev direktör för institutet i Frankfurt och medförfattare till artiklarna om kanalrodopsin. Den utelämnar också Edward Boyden, försteförfattare till nervcellsartikeln från 2005, och Gero Miesenböck, som tidigare hade fått nervceller att reagera på ljus med ett annat system. Alla sex delade Brain Prize 2013. Nagel är öppen med var risken låg. Deisseroth har i översiktsartiklar skrivit att det var ett mycket riskfyllt projekt att föra in kanalrodopsin i nervceller; i sin första intervju efter beskedet sa Nagel att han var lite förvånad över det, eftersom proteinet uttrycktes så väl i njurceller. Samtidigt kallade han Deisseroths arbete med att sprida och förklara verktyget oerhört viktigt. Även det medicinska anspråket kräver eftertanke. Det bäst dokumenterade fallet gäller en man som förlorat synen till följd av retinitis pigmentosa och som återfick begränsad syn efter genterapi med ett algbaserat kanalrodopsin, vilket rapporterades 2021; studier pågår fortfarande, och optogenetik är alltjämt framför allt en forskningsmetod.

Stockholm blev kulmen på en lång rad priser: Wiley Prize och Karl Heinz Beckurts Prize 2010, båda tillsammans med Hegemann och Bamberg, Louis-Jeantet Prize for Medicine 2013, Rumford Prize 2019 och Shaw Prize in Life Science and Medicine 2020, som han delade med Hegemann och Miesenböck. Han gick formellt i pension i slutet av juni 2026; han och Musti tillbringar de kalla månaderna nära Neapel, där det enligt honom i genomsnitt är tio grader varmare än i Würzburg och dimman lyser med sin frånvaro. Hans namn stod fortfarande på nya artiklar, däribland en studie från 2025 om en kalciumledande kanalrodopsin i blodplättar. Beskedet den 5 oktober 2026 gjorde honom till Universität Würzburgs femtonde Nobelpristagare.

Han tar emot sin medalj i Stockholm den 10 december. Proteinet som han först fick att uttryckas i ett grodägg öppnas nu på kommando i laboratorier över hela världen. Om det når en andra patient, och en tredje, är frågan som han tyckte att priset borde ha väntat på.

Taggar: Georg Nagel, Karl Deisseroth, Nobel Prize, optogenetik, Peter Hegemann, channelrhodopsin, biofysiker

Relaterade personer

Peter Hegemann

Karl Deisseroth

Neil Gehrels

Francis Halzen

Konstantin Batygin

Stanley Milgram